Расчет ректификационной колонны
Расчет ректификационной колонны
1 Конструкция колонны и условие эксплуатации 1.1 Проектируемый аппарат предназначен для ведения тепломассобменных
процессов. Колонный аппарат состоит из цельносварного корпуса и оборудован
внутренними устройствами. В качестве внутренних устройств для ведения
технологического процесса используют 40 колпачковых тарелок. Расстояние
между тарелками 500 мм. Кроме этого в аппарате имеются штуцера,
предназначенные для подвода сырья, вывода продукта, замера температуры и
давления. Аппарат оборудован люками-лазами для ремонта и обслуживания. 1.2 Внешние условия работы Аппарат установлен в 3 ветровом районе, фундамент на грунтах средней
плотности. Минимальная температура холодной десятидневки минус 36 (С.
Аппарат теплоизолирован минеральной ватой, толщина изоляции sиз=80 мм
и покрыта алюминиевой фольгой. Район не сейсмичный. 2 Основные расчетные параметры 2.1 Техническая характеристика Аппарат работает под давлением. Избыточное давление в аппарате 10
МПа, диаметр аппарата 1200 мм, рабочая температура 250 (С. Среда горячие
светлые нефтепродукты. 2.2 Группа аппарата Условие работы аппарата [1] - взрывоопасная среда и внутреннее
давление. По условиям работы аппарат относится к I группе, поэтому процент
контроля сварных швов принимается равным 100 % по ГОСТ 6996-86. 2.3 Рабочая и расчетная температура Расчетная температура TR – это температура для определения физико-
механических характеристик конструкционного материала и допускаемых
напряжений. Она определяется на основании теплового расчета или результатов
испытаний. Если при эксплуатации температура элемента аппарата может
повысится до температуры соприкасающейся с ним среды, расчетная температура
принимается равной рабочей, но не менее 20 (С. Проектируемый аппарат
снабжен изоляцией препятствующей охлаждению или нагреванию элементов
аппаратов внешней средой. Рабочая температура аппарата Т=250 (С. Расчетная температура ТР =250 (С. 2.4 Рабочее, расчетное и условное давление Рабочее давление P – максимальное избыточное давление среды в
аппарате при нормальном протекании технологического процесса без учета
допускаемого кратковременного повышения давления во время действия
предохранительного устройства P=1,4 МПа. Расчетное давление PR – максимальное допускаемое рабочее давление,
на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов
аппарата при максимальной их температуре. Как правило, расчетное давление
может равняться рабочему давлению. Расчетное давление может быть выше рабочего в следующих случаях:
если во время действия предохранительных устройств давление в аппарате
может повыситься более чем на 10% от рабочего, то расчетное давление должно
быть равно 90% давления в аппарате при полном открытии предохранительного
устройства; если на элемент действует гидростатическое давление от столба
жидкости в аппарате, значение которого свыше 5% расчетного, то расчетное
давление для этого элемента соответственно повышается на значение
гидростатического давления. Поскольку аппарат снабжен предохранительным клапанном и рабочее
давление P>0,07 МПа РR1=1,1(P, (1) где P – рабочее давление, P=10 МПа; PR1=1,1(10=11 МПа. Пробное давление для испытания аппарата определим по формуле [pic], (2) где [(]20 – допускаемое напряжение материала при 20 (С, [(]20=196
МПа; [(]tR – допускаемое напряжение материала при расчетной температуре
t=250 (С, [(]250=145 МПа. [pic]МПа. Условное давление для выбора узлов и фланцевых соединений определим
по формуле [pic], (3) [pic]МПа. 2.5 Выбор материала По условиям работы аппарата, как в рабочих условиях так и в условиях
монтажа, ремонта, нагрузок от веса и ветровых нагрузок, для этих условий
выбираем сталь 16ГС область применения от –40 (С до +475 (С, по давлению не
ограничена. Выбрали по ОСТ 26-291-94, ГОСТ 14249-89 сталь 16ГС. 2.6 Допускаемые напряжения Определим допускаемые напряжение для стали 16ГС с толщиной стенки
свыше 32 мм при ТР=250 (С. По ГОСТ 14249-89 [(]=145 МПа. 2.7 Модуль продольной упругости Выбираем расчетное значение модуля продольной упругости Е=1,75(105 МПа. 2.8 Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов Прибавка на коррозию металла принимаем С1=2 мм. Прибавка на минусовое значение по толщине листа принимаем 5% и далее
не учитываем С2=0 мм. 2.9 Коэффициенты прочности сварных швов Корпус имеет продольные и кольцевые сварные швы. Применим
автоматическую сварку род слоем флюса со сплошным проваром. Для корпуса
аппарата выбираем стыковые швы. Значение коэффициента прочности сварных швов принимаем (=1. Приварка штуцеров будет выполняться в ручную с подваркой корня шва и
значение коэффициента прочности сварных швов принимаем (=1. 3 Расчет на прочность и устойчивость корпуса аппарата от расчетного
давления 3.1 Расчет обечайки нагруженной внутренним избыточным давлением Цель расчета: расчет на прочность, определение толщины стенки
аппарата удовлетворяющая условиям прочности. Расчетная схема аппарата приведена на рисунке 1. Исходные данные для расчета: - расчетное давление PR = 11МПа; - диаметр колонны D=1200 мм; - допускаемое напряжение при T=250 (С, [(]=145 МПа; - коэффициент прочности сварного шва (=1; - общая прибавка к толщине металла С=2 мм. [pic] Рисунок 1 – Расчетная схема аппарата Толщина стенки аппарата определяется по формулам [pic] (4) [pic], (5) где s - исполнительная толщина стенки, мм; D- внутренний диаметр аппарата, мм. [pic] м. s ( 47,31 + 2 = 49,31 мм. Принимается исполнительная толщина стенки сосуда s=50 мм. Допускаемое внутреннее избыточное давление для оболочки, МПа [pic], (6) [pic] МПа. Условия применения расчетных формул [pic], (7) тогда [pic] 0,04000 < 0,1. Условие по формуле (7) выполняется. 3.2 Расчет днищ Цель расчета: расчет на прочность, определение толщины
эллиптического днища удовлетворяющего условию прочности. Расчетная схема эллиптического днища приведена на рисунке 2. Исходные данные для расчета: - расчетное давление PR = 11МПа; - диаметр колонны D=1200 мм; - допускаемое напряжение при T=250 (С, [(]=145 МПа; - коэффициент прочности сварного шва (=1; - общая прибавка к толщине металла С=2 мм. [pic] Рисунок 2 - Днище эллиптическое Для данной обечайки выбираются эклиптические отбортованные днища. Толщина стенки днища определяется по формулам [pic], (8) sд ( s + c (9) где R — радиус кривизны в вершине днища, м; R = D — для эллиптических днищ с H=0,25(D. H=0,25(1200=300 мм, R=1,2 м, [pic] мм, sд = 46,39+2 = 48,39 мм. Принимаем толщину днищ стандартного значения sд=50 мм. Допускаемое внутреннее избыточное давление для оболочки, МПа
определяется по формуле [pic]. (10) [pic] МПа. Условия применения расчетных формул для эллиптических днищ [pic], (11) [pic] Условие выполняется. Определим длину цилиндрической отбортованной части днища [pic], (12) [pic] h1>192 мм. Принимаем h1=200 мм. 3.3 Выбор стандартных штуцеров. По технологии производства или эксплуатационным требованиям в
стенках аппаратов, днищах и крышках делают отверстия для люков—лазов,
загрузочных приспособлений, штуцеров и т. д. Схема штуцера с приварным
фланцем встык и тонкостенным патрубком приведем на рисунке [pic] Рисунок 3 – Схема штуцера с приварным фланцем встык и патрубком Основные размеры патрубков, стандартных стальных фланцевых
тонкостенных штуцеров приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные размеры патрубков, стандартных стальных фланцевых
тонкостенных штуцеров по ОСТ 26-1404-76, ОСТ 26-1410-76
|Обозначение |Ду, мм |dт, мм |давление условное Pу, |Sт, мм |Hт, мм |
| | | |МПа | | |
|А |250 |273 |16 |20 |335 |
|Б, Д |100 |108 |16 |10 |220 |
|В, Е |150 |159 |16 |16 |260 |
|Г |200 |219 |16 |20 |315 |
|И |50 |57 |4 |6 |230 |
|К, Р, С |50 |57 |2,5 |6 |165 |
|М |50 |57 |1,6 |6 |165 |
3.4 Сопряжение узлов Цель расчета: определить напряжение в сопряжение цилиндрической
оболочки с эллиптическим днищем в условиях нагружения внутренним давлением. Расчетная схема к определению краевых сил и моментов приведена на
рисунке 4. Исходные данные для расчета: - расчетное давление PR = 11МПа; - диаметр колонны D=1200 мм; - допускаемое напряжение при T=250 (С, [(]=145 МПа; - коэффициент прочности сварного шва (=1; - общая прибавка к толщине металла С=2 мм. - соединение цилиндрической оболочки с эллиптическим днищем; 2 –
расчетная схема. [pic] Рисунок 4 – Схема к определению краевых сил и моментов Определим краевые силы и моменты из уравнения совместимости
деформацией для места стыка обечайки с эллиптическим днищем [pic] (13) где [pic]- соответственно радиальные и угловые перемещения края
цилиндрической оболочки под действием нагрузок P, Q0, и М0; [pic] - соответственно радиальные и угловые перемещения края
эллиптической оболочки под действием нагрузок P, Q0 и М0. Подставляем в уравнение (13) соответствующие значения деформаций [pic](14) где (=(Э, R=a=600 мм, b=300 мм. [pic], (15) где ( - коэффициент Пуассона, (=0,3. [pic] [pic], [pic], [pic], [pic]. Определим суммарные напряжения на краю эллиптического днища,
меридиальное и кольцевое соответственно по формулам [pic] (16) [pic] (17) где [pic] - соответственно меридиальные напряжения действующие от нагрузок
Р, Q0, М0; [pic] - соответственно кольцевые напряжения действующие от нагрузок P,
Q0, M0. Подставим соответствующие значения нагрузок в уравнение (16), (17) [pic], (18) [pic], (19) [pic] МПа, [pic] Определим суммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки,
меридиальное и кольцевые соответственно [pic], (20) [pic],[pic] (21) где [pic]- соответственно меридиальные и кольцевые напряжения, действующие
от нагрузок P, Q0, M0. Подставим соответствующие значения погрузок в уравнение (20), (21) [pic], (22) [pic], (23) [pic] МПа, [pic] Определим максимальное напряжение на краю эллиптического днища и
цилиндрической обечайке соответственно [pic], [pic], [pic], (24) 139,29 МПа < 145 МПа, [pic] 139,36 МПа < 145 МПа. Таким образом, напряжения на краю соединяемых эллиптической и
цилиндрической оболочек (maxЭ=139,29 МПа и (max=139,36 МПа меньше
критического допускаемого напряжения [(]кр=145 МПа, т.е. условие прочности
в месте сопряжения элементов выполняется. 4 Расчет укрепления отверстий Цель расчета: определение размеров укрепляющих элементов. Расчетные схемы штуцеров приведена на рисунке 5. Исходные данные для расчета: - расчетное давление в колонне PR = 11 МПа; - внутренний диаметр колонны D=1200 мм; - исполнительная толщина обечайки и днища s=50 мм; - допускаемое напряжение при T=250 (С и s=50 мм, [(]=145 МПа; - допускаемое напряжение при T=250 (С и s 160,5 мм. 4.5.2 Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего
дополнительного укрепления при наличии избыточной толщины стенки сосуда
вычисляется по формуле [pic], (33) [pic] мм. Для штуцеров В1, К1, К2, К, Р и М укрепление отверстий не требуется.
Для штуцеров А1, В2 и Жn требуется укрепление отверстий.
4.5.3 Расчет укрепления одиночных отверстий
При укреплении отверстия должно выполняться условие l1R((s1 - s1R - cs)(x1 + l2R(s2(x2 + l3R((s3 - 2cs)(x3 + + lR((s - sR - c) ( 0,5((dR - d0R)(sR, (34) где s1, s2, s3 — исполнительные толщины стенок штуцера, накладного кольца, внутренней части штуцера соответственно, мм.; l2R — исполнительная толщина накладного кольца, мм.; x1, x2, x3 — отношение дополнительных напряжений для внешней части штуцера, накладного кольца, внутренней части штуцера соответственно; cs — сумма прибавок к расчетной толщине стенок штуцера, мм.; lR — расчетная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера или
торообразной вставки, мм.; d0R — наибольший расчетный диаметр отверстия, не требующего дополнительного укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки сосуда, мм. 4.5.3.1 Расчет укрепления штуцера В2 Ширина зоны укрепления в обечайках, переходах и днищах [pic]. (35) Обечайка s=50 мм [pic] мм. Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки lR=L0, (36) lR=240 мм. Расчетная ширина накладного кольца определяется по формуле [pic], (37) где s2 – исполнительная ширина накладного кольца, мм; s – исполнительная ширина стенки обечайки, мм; DR – расчетный внутренний диаметр укрепляемого элемента, мм.
Обечайка s=50 мм.
[pic] мм. Отношения допускаемых напряжений x1 = min{1; [(1]/[(]}, (38) x1=min{1;162/162}=1. Для накладного кольца принимаем x2=1; для внутренней части штуцера
x3=0. Расчетный диаметр отверстия не требующего укрепления при отсутствии
избыточной толщины стенки сосуда [pic], (39) Обечайка s=50 мм. [pic]мм. Все найденные значения подставляем в формулу (34): Обечайка s=50 мм. штуцер Ду 150 мм. 61,42((16-5,65)(1+140(6(1+240((50-47,3-2)(0,5((161-96)(47,3 1643,7 мм2 ( 1537,01 мм2. Допускаемое внутренне избыточное давление определяется по формуле [pic], (40) где к1=1 — для цилиндрических обечаек и конических переходов; к1=2 — для выпуклых днищ; [pic], (41) где (1 — коэффициент прочности продольного сварного соединения штуцера. [pic], [pic] МПа. 4.5.3.2 Расчет укрепления штуцеров Ж1, Ж2, Жn. Расчет проведем аналогично п. 4.5.3.1 и результаты расчета сведем в
таблицу 3.
Таблица 3
|Наименование параметров |Обозначение |Укрепляемый элемент |
| | |люк-лаз |
| | |Условный проход штуцера |
| | |Ж1, Ж2, Жn (450) |
|Внутренний диаметр |D |1200 |
|цилиндрической обечайки днища, | | |
|мм | | |
|Расчетный внутренний диаметр |DR |1200 |
|укрепляемого элемента, мм | | |
|Расчетное давление, МПа |P |11,00 |
|Допускаемые напряжения для |[(] |145 |
|материала укрепляемого элемента,| | |
|МПа | | |
|Допускаемые напряжения для |[(1] |162,00 |
|материала внешней части штуцера,| | |
|МПа | | |
|Коэффициент прочности сварного | | |
| | | |
|шва: | | |
| |( |1 |
|- укрепляемого элемента | | |
| |(1 |1 |
|- штуцера | | |
|Исполнительная толщина стенки |s |50 |
|укрепляемого элемента, мм | | |
|Исполнительная толщина стенки |s1 |28 |
|внешней части штуцера, мм | | |
|Исполнительная толщина стенки |s3 |0 |
|внутренней части штуцера, мм | | |
|Расчетная толщина стенки |sR |47,31 |
|укрепляемого элемента, мм | | |
|Расчетная толщина стенки |s1R |15,8 |
|укрепляемого штуцера, мм | | |
|Сумма прибавок к расчетной |с |2 |
|толщине стенки укрепл. элемента,| | |
|мм | | |
|Сумма прибавок к расчетной |сs |1 |
|толщине стенки штуцера (общая), | | |
|мм | | |
|Внутренний диаметр штуцера, мм |d |450 |
|Исполнительная длина внешней |l1 |200 |
|части штуцера, мм | | |
|Исполнительная длина внутренней |l3 |0 |
|части штуцера, мм | | |
|Расчетная длина внешней части |l1r |143,11 |
|штуцера, мм | | |
|Расчетная длина внутренней части|l3r |0 |
|штуцера, мм | | |
|Расчетный диаметр отверстия, мм |dr |452,0 |
|Расчетный диаметр одиночного |d0 |103,0 |
|отверстия, не требующего | | |
|дополнительного укрепления, мм | | |
|Расчетная ширина зоны укрепления|lr |240,0 |
|в окрестности штуцера, мм | | |
|Расчетный диаметр, мм |d0r |96,0 |
|Исполнительная толщина |s2 |24,00 |
|накладного кольца, мм | | |
|Исполнительная ширина накладного|l2 |270,0 |
|кольца, мм | | |
|Расчетная ширина накладного |l2r |270,0 |
|кольца, мм | | |
|Отношение допускаемых напряжений|x1 |1,0 |
| |x2 |1,0 |
| |x3 |- |
|Условие укрепления одиночного | |8522>8422 |
|отверстия A1+A2+A3+A0 > A | | |
|Коэф. снижения допуск. давления |V |0,9779 |
|Допускаемое внутреннее |[P] |10,92 |
|избыточное давление, МПа | | |
4.6 Учет взаимного влияния отверстий днищ Расчетная схема показана на рисунке 7 [pic] Рисунок 7 – Расчетная схема взаимовлияющих отверстий Определим допускаемое давление для перемычек по формулам [pic], (42)
где V находится по формуле [pic], (43) где [pic] - исполнительная ширина накладного кольца, мм; [pic] - длина внутренней части штуцеров, [pic]мм; [pic]- отношения допускаемых напряжений, [pic]. Определим расчетную ширину накладного кольца [pic] [pic] [pic] Допускаемое напряжение удовлетворяет принятым размерам кольца. 5 Расчет люка(лаза Цель расчета: определение напряжений фланцевого соединения. Схема фланцевого соединения показана на рисунке 8. Исходные данные для расчета: - Расчетное давление PR=11 МПа; - Внутренний диаметр фланца D=450 мм; - Внутренний диаметр отверстия под шпильку d=46 мм; - Диаметр фланца Dф=775 мм; - Число отверстий n=20; - Материал фланца – сталь 16ГС; - Диаметр болтовой окружности Dб=690 мм; - Средний диаметр прокладки Dп.с.=525 мм. Рисунок 8 – Расчетная схема фланцевого соединения По ГОСТ 28759.4-90 для данного аппарата выбираются размеры люка—лаза
при Ру =16 МПа и Ду = 450 мм. 5.1 Расчет прокладки Схема прокладки показана на рисунке 9 Рисунок 9 – Расчетная схема прокладки Наружный диаметр прокладки DП = Dб - е, (44) где е - размер, определяемый по таблице ОСТ 26–2003–77, е=78. DП=690(78=612 мм. Средний диаметр прокладки D п.ср=Dп(bп, (45) где bп — ширина прокладки, bп=12 мм; Dп.ср =612(12=600 мм. Эффективная ширина прокладки bE = 0,125(bП, (46) bE=0,125(12=1,5 мм. Ориентировочное число шпилек zб=((Dб /tб, (47) где tБ ( шаг болтов; tб=(2,3…3)(dб, (48)
где dб – диаметр шпильки, мм; tБ=3(42=126, zБ = 3,14(690/126=18 шт. Определим вспомогательные величины а) коэффициент ( [pic], (49) где ( - отношение большей толщины втулки фланца к меньшей, (=2. х найдем по формуле [pic], (50) где l – длина втулки, l=125 мм; s0 – толщина втулки, s0=34 мм. [pic] [pic] б) эквивалентная толщина втулки фланца sE=((so, (51) sE=1,57(34=53,6 мм. в) ориентировочная толщина фланца [pic], (52) где ( — коэффициент, из таблицы [3] (=0,5 ; [pic]мм г) безразмерный параметр (=[1+0,9((((1+(1(j2)]-1 , ( 53) где j=h/sE, (54) j=77,6/53,6=1,45, k=Dф/D, (55) k=775/450=1,72, (1=0,3, из таблица [3] ( = [1+0,9(0,5((1+0,3(1,452)]-1=0,6 д) безразмерные параметры возьмем из графиков [3] Т=1,58, (2=3,8, (3=1. Угловая податливость фланца [pic], (56) где Еф ( модуль продольной упругости материала фланца, Eф=1,75(105 МПа; hкр – толщина фланцевой части крышки, hкр=110 мм [pic] 1/(МН(м). Угловую податливость плоской фланцевой крышки найдем по формуле [pic], (57)
где [pic], (58)
где (кр – толщина плоской крышки, (кр=235 мм; hкр – толщина фланцевой части крышки, hкр=110 мм. [pic], (59) [pic], [pic], [pic]. Линейная податливость прокладки yп=sп/(((Dп.ср(bп(Eп), (60) где Еп ( модуль продольной упругости прокладки, для металлической прокладки yп=0. 5.2 Расчет болтового соединения Расчетная длина шпилек lБ = lБО + 0,28(d, (61) где lБО ( длина шпильки между опорными поверхностями головки болта и гайки, lБО=220 мм.; d ( диаметр отверстия под болт, d=46 мм. lБ=220+0,28(46=232,88 мм. Линейная податливость шпилек yБ=lБ/(EБ(fБ(zБ), (62) где fБ ( расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему
диаметру резьбы, fБ=10,9(10-4 м2; ЕБ ( модуль продольной упругости материала болта, ЕБ=1,85(105 МПа. yБ= 232,88(10-3/(1,85(105(10,9(10-4 (18)=6,4(10-5 м/Н. Коэффициент жесткости для фланцев с овальными прокладками (=1. (63) Найдем безразмерный коэффициент ( по формуле (=A(yБ, (64) где A=[yп+yБ+0,25((yФ1 + yФ2)((DБ - Dп.ср)2]-1, (65) при стыковки фланца с плоской крышкой yф1=[1-(((1+0,9(()]((2/(h13(E), (66) yФ2=yкр , (67) По формулам (63)…(67) определяется безразмерный коэффициент yф1=[1(0,6((1+0,9(0,5)](3,8/(0,0133(1,75(105)=2,27 м/МН, yф2=0,001, A=[0+6,4(10-5+0,25((2,27+0,001)((0,69-0,525)2]-1=10,67, (=10,67(6,4(10-5=0,0007. 5.3 Расчет фланцевого соединения работающего под внутренним
давлением. Нагрузка действующая на фланцевое соединение от внутреннего
избыточного давления найдем по формуле [pic], (68) Qд=0,785(0,5252(11=2,38 МН. Реакция прокладки в рабочих условиях Rп=2(((Dп.ср(bE(m(pR , (69) где m ( коэффициент, по ОСТ 26-426-79 m=5,5 Rп=2(3,14(0,525(1,5(5,5(11=299,2 МН. Усилия, возникающие от температурных деформаций Qt=((zБ(fБ(EБ(((ф(tф ( (Б(tБ), (70) где (ф, (Б ( коэффициенты температурного линейного расширения фланца и болтов, (Б = 12,36(10-6 1/(C, (ф = 17,3(10-6 1/(C; fБ, tф, tБ ( коэффициенты, fБ=5,4(10-4 м2, tф=240, tб=37,5. Qt=0,0007(18(5,4(10-4(1,85(105((17,3(10-6(240(12,36(10-6(237,5)=0,0015 МН. Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего
давления) при p>0,6 МПа PБ1=max{((Qд+Rп; ((Dп.ср(bE(q}, (71) где q ( параметр, q=125; ( ( коэффициент жесткости фланцевого соединения, (=1; [(Б]20 – допускаемое напряжение при температуре 20 (С, [(Б]20=230 МПа. РБ1 = max{1(2,38+0,525/2; 3,14(510(1,5(125}=max{2,65;309}=309 МН. Болтовая нагрузка в рабочих условиях PБ2=РБ1+(1 - ()(QД+Qt, (72) PБ2=309+(1(1)(2,38+0,0015=309,0015 МН. Найдем приведенные изгибающие моменты диаметральном сечении фланца
по формулам M01=0,5(PБ1((Dб-Dп.с.), (73) [pic], (74) М01=0,5(309((0,69-0,525)=25,5 МН(м, [pic]МН(м. Принимаем за расчетное МR=26,67 МН(м. Условия прочности шпилек [pic], (75) [pic], (76) [pic] МПа(230 МПа, [pic] МПа(220 МПа. Условия прочности выполняется. Критический момент на ключе при затяжки определим из графика [3] Мкр=2,2(103 МН(м. 5.3 Расчет приварных встык фланцев и буртов Максимальное напряжение в сечении s1 фланца в месте соединения
втулки с плоскостью фланца определим по формуле [pic], (77) D*=D+s1, (78) D*=450+34=484 [pic] Максимальное напряжение в сечение s0 фланца наблюдается в месте
соединения втулки с обечайкой (0=(3((1, (79) (0=1(49,18=49,18 МПа. Напряжения в кольце фланца от действия M0 найдем по формуле [pic], (80) [pic] МПа. Напряжение во втулки фланца от внутреннего давления найдем по
формулам [pic], (81) [pic], (82) [pic] МПа [pic]МПа. Условие прочности фланца в сечение s1 [pic], (83) [pic] d сечение s0 [pic], (84) [pic], [pic]. Условия прочности выполняется Угол поворота фланца найдем по формуле [pic], (85) [pic] [pic]. Условие выполняется. 5.4 Расчет крышки 5.4.1 Расчетная схема для крышки люка показана на рисунке 10. Рисунок 10 – Расчетная схема для крышки люка Определим толщину плоской крышки люка по формулам s1(s1p+c, (86)
где [pic], (87) где К – коэффициент, определяется по таблице [2], К=0,4; Dp – расчетный диаметр, Dр=D3=Dб=690 мм; ( – коэффициент прочности сварного шва, (=1; [(] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, [(]=145 МПа; p – расчетное давление, p=10 МПа; К0 – коэффициент ослабления крышки отверстиями, K0=1. [pic]. s1(76+1=77 мм. 5.4.2 Допускаемое давление на крышку определим по формуле [pic], [pic]МПа 5.4.1 Область применения расчетных формул Расчетная схема для крышки люка показана на рисунке 10. Формулы
применимы для расчета крышки при условии [pic], (88)
где s1 – исполнительная толщина крышки, примем s1=200 мм; Dр – расчетный диаметр, Dр=Dб=690 мм. [pic], 0,109(0,11. Условие соблюдается. 6 Расчет весовых характеристик аппарата 6.1 Расчет веса аппарата Вес аппарата при рабочих условиях рассчитывается по формуле GA = GK + GИЗ + GН.У + GВ.У + GЖ, (89) где GK ( вес корпуса, кН; GИЗ ( вес изоляции, кН; GН.У ( вес наружных устройств, кН; GВ.У ( вес внутренних устройств, кН; GЖ ( вес жидкости, кН. GК = (GЦ + (GД, (90) где GЦ ( вес цилиндрической части корпуса, кН; GД ( вес днища, кН. GЦ = (((DВ + s)(s(HЦ((м(g, ( 91) где HЦ ( высота цилиндрической части корпуса, м; (м ( плотность металла, кг/м3, (м=7850 кг/м3. GД=SД(s((м(g, (92) где SД ( площадь днища, м2; sд ( толщина днища, м. GЦ=3,14((1,2 + 0,05)(0,05(25,9(7850(9,81=391,424 кН, GД=2,31(0,05(7850(9,81=9,673 кН. По формуле (90) GK=391,424+2(9,673=410,77 кН Найдем вес изоляции цилиндрической части корпуса Gиз.ц=(((DB+2(s+sиз.)(sиз(HЦ((из.(g, (93) где sиз. – толщина изоляции, м; (из. – плотность изоляции, кг/м3. [pic], (94)
где sм.в., sAl ( толщина минеральной ваты и фольги, sм.в.=0,08 м,
sAl=0,8(10-3 м; (м.в., (Аl ( плотность минеральной ваты и фольги, (м.в.=250 кг/м3, (Al=2500 кг/м3. [pic]кг/м3. Gиз.ц=3,14((1,2+2(0,05+0,0808)(0,0808(25,9(272,3(9,81=24,237 кН. Найдем вес изоляции днищ GИЗд=Fд(sиз((из(g, (95) GИЗд=2,31(0,808(272,3(9,81=4,985 кН, GИЗ=GИЗц+2(GИЗд, (96) GИЗ=24,237+2(4,985=34,207 кН. Вес внутренних устройств определяется по формуле GВН=nт(Мт(g+Gот, (97) где nт ( число тарелок, nт=40 шт.; Мт ( масса тарелки, Мт=70 кг по ОСТ 26-01-1488-83; Gот – вес сетчатого отбойника, Gот=830,9 Н. GВН = 40(70(9,81+830,9=28,3 кН. Вес жидкости в рабочих условиях определяется по формуле GЖ=((((DB)2/4)(HЖ((ж(g+Vg((ж(g, (98) где HЖ ( высота слоя жидкости, HЖ=1,95 м; (ж ( плотность жидкости, (ж=900 кг/м3; Vд ( объем днища, Vд=0,45 м3. GЖ=(3,14(1,22/4)(1,95(900(9,81+0,45(900(9,81=23,434 кН. Найдем вес наружных устройств по формуле Gн.у.=0,1(GК, (99) Gн.у.=0,1(410,77=41,077 кН. По формуле (89) GA=410,77+34,207+28,3+23,434+41,077=537,788 кН. Найдем вес аппарата при монтаже GА.М. = GK + GИЗ + GН.У + GВ.У, (100) GA.М=410,77+34,207+28,3+41,077=514,354 кН Максимальный вес аппарата определяется по формуле GAmax = GK+GНУ+GВУ+Gиз.+GВ, (101) где GВ ( вес воды. GВ=(((((DB)2/4)(HЦ+2(Vд)(((воды)20(g, (102) GB = ((3,14(1,22/4)(25,9+2(0,45)(1000(9,81=296,039 кН, Gmax=410,77+34,207+41,077+28,3+296,039=810,393 кН. 6.2 Выбор опоры С учетом минимального веса аппарата GА=810,393 кН по ОСТ 26-467-78
выбирается опора 3 типа с кольцевым опорным поясом, показан на рисунке , со
следующими основными размерами: высота опоры H1=2000 мм; наружный диаметр кольца D1=1480 мм; диаметр D2=1150 мм; диаметр Dб=1360 мм; толщина стенки опоры s1=10 мм; толщина стенки опоры s2=20 мм; толщина стенки опоры s3=20 мм; число болтов zб=16 шт.; диаметр отверстия под болт d2=35 мм; диаметр болтов dб=М30. Рисунок 11 – Конструкция цилиндрической опоры 3 типа 7 Расчет на ветровую нагрузку Цель расчета: определение расчетных усилий для колонны от ветровых
нагрузок. Исходные данные для расчета: – высота колонны H=30,3 м; – коэффициент неравномерности сжатия грунта CF=2(108 H/м3; – скоростной напор ветра 0,0005 МН/м2; – модуль продольной упругости Е=1,75(105 МПа; 7.1 Определение периода собственных колебаний колонны Колонну разбиваем по высоте на три участка. Расчетная схема показана
на рисунке 12. Вес участка аппарата принимают сосредоточенным в его
середине. Нагрузку от веса аппарата прикладывают вертикально, а ветровую
горизонтально. Рисунок 12 – Расчетная схема колонны Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного
сечения следует определим по формуле T=2(H[pic] , (103) где (i ( относительное перемещение центров тяжести участков
рассчитываемое по формуле [pic] , (104) где (i ( коэффициент, определяемый по формуле [pic], (105) ( ( коэффициент, определяемый по формуле [pic], (106) [pic] ( , ( , ( ( определяют по формулам: [pic][pic], (107) [pic], (108) [pic], ( 109) Момент инерции сечения аппарата найдем по формуле [pic], (110) [pic]м4; [pic]м4; [pic]м4. Момент сечения подошвы фундамента [pic], (111) [pic]м4. Проведем расчет по формулам (102)…(108) [pic], [pic], [pic], [pic]. [pic], [pic], [pic] [pic], [pic], [pic], [pic] 7.2 Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки При расчете ветровая нагрузка, распределенная непрерывно по высоте
аппарата, заменяется сосредоточенными горизонтальными силами Pi,
приложенными в серединах участков, как показано на рисунке 12. Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте [pic] следует
определять по формуле [pic], (112) где MvJ ( ветровой момент от действия ветра на площадки обслуживания,
Н(м. Ветровая нагрузка на i ( м участке [pic], (113) Статическая составляющая ветровой нагрузки на i ( м участке [pic], (114) Динамическая составляющая ветровой нагрузки на i ( м участке [pic] (115) Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки
на середине i ( го участка аппарата [pic], (116) где q 0 ( определяется по ГОСТ Р 51273-99, q0=230 H/м2; [pic], (117) для аппаратов круглого сечения K = 0,7. Коэффициент динамичности ( находится в зависимости от параметра [pic]. (118) Коэффициент динамичности ( определяется по формуле [pic]. (119) Коэффициент пространственной корреляции пульсации ветра ( определяют
по формуле [pic]. (120) Приведенное относительное ускорение центра тяжести i ( го участка [pic] , (121) где ( i , ( n ( относительное перемещение i ( го и n ( го
участка при основном колебании Если X ( 10, то [pic], (122) Если X ( 10, то m n = 0,6. Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте [pic] от действия
ветровой нагрузки на обслуживающую площадку следует определять по формуле [pic], (123) где АJ ( общая площадь, включенная в контур площадки, м2. Коэффициент (J по формуле [pic] (124) Проведем расчет по формулам (111)…(123). [pic] [pic] [pic], [pic], [pic] [pic], [pic], [pic], [pic] [pic] m2=0,6, [pic] [pic] [pic] [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic]м2, [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic], [pic],[pic] [pic] 8 Расчёт корпуса аппарата от совместного действия всех нагрузок (5( Цель расчёта: Проверка аппарата на прочность и устойчивость в
результате совместного действия всех нагрузок Исходные данные: p – расчётное давление, PR=11 МПа; D – внутренний диаметр аппарата, D=1200 мм; s – толщина стенки аппарата, S=50 мм; c – сумма прибавок к толщине стенки, С=2 мм; F – расчётное осевое сжимающее усилие в сечении У-У , F = 0,81 МН ; М – расчётный изгибающий момент в сечении У-У , М = 0,206 МН(м ; (т – коэффициент прочности кольцевого сварного шва , (т =1; (p – коэффициент прочности продольного сварного шва , (p=1. Рисунок 13 – Расчётная схема аппарата 8.1 Проверка корпуса аппарата на прочность 8.1.1 Проведем расчет для рабочего условия Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле [pic], (125) где F – осевое сжимающие усилие при рабочих условиях, F=0,537 МН; [pic] Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по
формуле [pic] , (126) [pic]. Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле [pic], (127) [pic]МПа. Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по
формуле [pic], (128) [pic] МПа. Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной стороне по
формуле [pic] , ( 129) [pic]. Проверяем условие прочности по следующим условиям - на наветренной стороне [pic] , (130) 124,04 МПа < 145(1 МПа. - на подветренной стороне [pic], (131) 124,31 МПа
|